Oscylator sterowany napięciem - wykorzystanie VCO, działanie i zastosowanie

Co to jest oscylator sterowany napięciem?

Oscylator sterowany napięciem to oscylator z sygnałem wyjściowym, którego moc wyjściową można zmieniać w zakresie, który jest kontrolowany przez wejściowe napięcie stałe. Jest to oscylator, którego częstotliwość wyjściowa jest bezpośrednio związana z napięciem na jego wejściu. Częstotliwość oscylacji waha się od kilku herców do setek GHz. Zmieniając napięcie wejściowe DC, wyjście częstotliwość sygnału wyprodukowany jest dostosowywany.

2 typy oscylatorów sterowanych napięciem

• Oscylatory harmoniczne: wyjście to sygnał o przebiegu sinusoidalnym. Przykładami są oscylatory kwarcowe i oscylatory zbiornikowe
• Oscylatory relaksacyjne: Sygnał wyjściowy jest sygnałem o przebiegu piłokształtnym lub trójkątnym i zapewnia szeroki zakres częstotliwości roboczych. Częstotliwość wyjściowa zależy od czasu ładowania i rozładowywania kondensatora.

Podstawowa zasada działania generatora przebiegów piłokształtnych VCO

W przypadku oscylatora sterowanego napięciem, generującego przebieg piłokształtny, głównym składnikiem jest kondensator, który ładuje i rozładowuje, decyduje o utworzeniu przebiegu wyjściowego. Wejście jest podawane w postaci napięcia, które można kontrolować. To napięcie jest przekształcane na sygnał prądowy i doprowadzane do kondensatora. Gdy prąd przepływa przez kondensator, zaczyna się ładować i zaczyna narastać napięcie. Gdy kondensator się ładuje, a napięcie na nim stopniowo rośnie, napięcie jest porównywane z napięciem odniesienia za pomocą komparatora.

Kiedy napięcie kondensatora przekracza napięcie odniesienia, komparator generuje wysokie wyjście logiczne, które wyzwala tranzystor, a kondensator jest podłączony do masy i zaczyna się rozładowywać. Tak więc generowany przebieg wyjściowy jest reprezentacją ładowania i rozładowywania kondensatora, a częstotliwość jest kontrolowana przez wejściowe napięcie stałe.

Zastosowania VCO

• Elektroniczny sprzęt zagłuszający.
• Generator funkcyjny.
• Produkcja muzyki elektronicznej do produkcji różnych rodzajów hałasu.
• Pętla synchronizacji fazowej.
• Syntezatory częstotliwości stosowane w obwodach komunikacyjnych.

Praktyczne VCO - LM566

Praktycznym przykładem oscylatora sterowanego napięciem (VCO) jest LM566. LM566 to VCO ogólnego przeznaczenia, które może być używane do generowania przebiegów prostokątnych i trójkątnych jako funkcji napięcia wejściowego.

LM566 jest przeznaczony do pracy w zakresie temperatur od 0˚C do 70˚C. Częstotliwość jest liniową funkcją napięcia sterującego. Częstotliwość jest również kontrolowana przez zewnętrzny rezystor i kondensator, których wartości sterują częstotliwością swobodną.

Opis pinów:

• Pin 1: masa (GND)
• Pin 2: brak połączenia (NC)
• Pin 3: Wyjście fali prostokątnej
• Pin 4: wyjście fali trójkątnej
• Pin 5: wejście modulacji
• Pin 6: Rezystor czasowy
• Pin 7: Kondensator czasowy
• Pin 8: Vcc

Funkcje:

• Maksymalne napięcie robocze wynosi od 10 V do 24 V.
• Stabilność w wysokich temperaturach
• Temperatura pracy wynosi od 0˚C do 70˚C
• Częstotliwość można kontrolować za pomocą prądu, napięcia, rezystora lub kondensatora
• Straty mocy to 300mV
• Świetny odrzucenie zasilania

Aplikacje:

• Generator funkcyjny
• Generator tonów
• Modulacja FM
• Kluczowanie z przesunięciem częstotliwości
• Generator zegara

Działanie LM566:

Rysunek pokazuje, że układ scalony LM566 zawiera źródła prądu do ładowania i rozładowywania zewnętrznego kondensatora z szybkością ustawioną przez zewnętrzny rezystor R1 i modulujące napięcie wejściowe DC V.

Kondensator 0,001 µF jest podłączony do pinu 5 i pinu 6. Obwód wyzwalający Schmitta służy do przełączania źródeł prądu między ładowaniem i rozładowywaniem kondensatora, a trójkątne napięcie wytwarzane na kondensatorze i fala prostokątna z wyzwalacza Schmitta są dostarczane jako wyjścia przez wzmacniacze buforowe. Oba przebiegi wyjściowe są buforowane, tak że impedancja wyjściowa każdego z nich wynosi 50 f2. Typowa wielkość fali trójkątnej i prostokątnej wynosi 2,4 V od szczytu do szczytu i 5,4 V od szczytu do szczytu. Wolnobieżna lub środkowa częstotliwość robocza, f0 wynosi

Zastosowanie VCO - pętli fazowej

Co to jest pętla fazowa?

Jest to obwód elektroniczny, który służy do blokowania częstotliwości wyjściowej oscylatora sterowanego napięciem z żądaną częstotliwością wejściową poprzez ciągłe porównywanie fazy częstotliwości wejściowej z częstotliwością wyjściową VCO. PLL służy do generowania sygnału, modulacji lub demodulacji. Są używane głównie w modulacji częstotliwości i modulacji amplitudy. Częstotliwość wyjściowa oscylatora sterowanego napięciem jest stale regulowana, aż dopasuje się do częstotliwości wejściowej.

Jak działa Phase Locked Loop?

Na powyższym schemacie blokowym detektor wyładowań niezupełnych lub fazy porównuje częstotliwość wyjściową z wejściową częstotliwością odniesienia. W przypadku jakiegokolwiek niedopasowania detektor fazy generuje sygnał błędu, który jest filtrowany za pomocą filtra dolnoprzepustowego w celu usunięcia szumu i ten sygnał jest podawany do oscylatora sterowanego napięciem, aby odpowiednio generować częstotliwość wyjściową. Ta częstotliwość wyjściowa jest podawana do detektora fazy poprzez dzielenie przez N, który dzieli częstotliwość wyjściową przez określoną liczbę N.

Praktyczne zastosowanie PLL - dekodera tonów przy użyciu LM567

LM567 jest dekoderem tonów. Ma on na celu doprowadzenie nasyconego tranzystora do masy, gdy sygnał wejściowy jest dostępny. Składa się z oscylatora sterowanego napięciem (VCO) i detektora fazy. Oscylator sterowany napięciem służy do weryfikacji częstotliwości środkowej dekodera. Do ustawiania częstotliwości środkowej, szerokości pasma i opóźnienia wyjściowego używane są komponenty zewnętrzne.

Detektor fazy i VCO tworzą pętlę synchronizacji fazy (PLL), gdy PLL jest zablokowany i amplituda sygnału wejściowego przekracza wewnętrznie ustawiony próg, na wyjściu aktywowany jest przełącznik do masy.

Funkcje:

• Zakres częstotliwości 20 do 1 z rezystorem zewnętrznym
• Wyjście zgodne z logiką z możliwością obniżania prądu 100 mA
• Regulowana przepustowość
• Wysokie tłumienie sygnałów poza pasmem i szumów
• Odporność na fałszywe sygnały
• Wysoka częstotliwość środkowa (0,01 Hz do 500 kHz)

Dekoder tonów LM567 PLL ma wiele zastosowań, takich jak dekodowanie tonów dotykowych, precyzyjny oscylator, monitorowanie i sterowanie częstotliwością, szerokopasmowa demodulacja FSK, sterowanie ultradźwiękowe, zdalne sterowanie prądem nośnym i dekodery przywoławcze.

Działanie dekodera tonów LM567 PLL:

LM567 działa przy napięciu zasilania od 2 V do 9 V i częstotliwościach wejściowych w zakresie od 1 Hz do 500 kHz. Kondensator taktowania oscylatora Ct musi być podzielony na dwa, aby podwoić częstotliwość oscylatora w stosunku do częstotliwości wejściowej, a kondensatory filtrujące C1 i C2 muszą zostać zmniejszone, aby zachować te same stałe czasowe filtra. Gdy PLL jest zablokowany, pin wyjściowy 8 jest przełączany do masy i aktywowany. Do aktywacji przełącznika nie jest wymagany żaden dodatkowy prąd zasilający. A rezystancja włączenia przełącznika jest odwrotnie proporcjonalna do zasilania. Wejście ma wystarczającą amplitudę, aby spowodować spadek styku 1 poniżej 2/3 Vs.

Mam nadzieję, że masz pomysł na oscylator sterowany napięciem z powyższego artykułu, więc jeśli masz jakieś pytania dotyczące tej koncepcji lub na temat elektryczny i projekty elektroniczne zostaw sekcję komentarzy poniżej.